Types de rayonnement solaire. Concept de rayonnement solaire

Je faisais partie de ceux qui aimaient s'allonger sur la plage sous un soleil de plomb. Tout était ainsi jusqu'à ce que je reçoive une très grave brûlure. Les effets du soleil sur les humains ne sont pas si inoffensifs. Je vais vous en dire plus sur le rayonnement solaire et à quoi s'attendre.

Qu’est-ce que le rayonnement solaire et quels types existe-t-il ?

Nous savons tous à quel point le Soleil est important pour notre planète. Toute l’énergie qu’il émet s’appelle le rayonnement solaire. Son chemin depuis l'étoile elle-même jusqu'à la Terre est très long, et donc une partie de l'énergie solaire est absorbée et une partie est dispersée. Le rayonnement solaire est divisé en plusieurs types :

• droit;
• distrait;
• total;
• absorbé;
• réfléchi.

Le rayonnement solaire direct est celui qui atteint intégralement la surface de la Terre, tandis que le rayonnement diffusé ne pénètre pas dans l’atmosphère. Ensemble, ces deux rayonnements sont appelés totaux. Une certaine partie de la chaleur du soleil s'échappe vers la surface de la Terre. Un tel rayonnement est généralement appelé absorbé. Certaines zones du sol peuvent refléter les rayons du soleil. C'est de là que vient le nom : le rayonnement solaire réfléchi. Avant le lever du soleil, l'énergie totale du Soleil. Lorsque le Soleil n’est pas très haut, la majeure partie du rayonnement est diffusée.

Impact du rayonnement solaire sur l'homme

Le soleil peut à la fois améliorer votre santé et avoir un effet néfaste sur celle-ci. Si vous êtes exposé trop souvent au soleil, votre risque de développer maladies de la peau, y compris les cancers. De plus, des problèmes de vision peuvent apparaître.

Même si s'exposer beaucoup au soleil est nocif, je ne voudrais jamais vivre dans les régions du nord, où les gens attendent constamment du beau temps. Du manque exposition solaire Le métabolisme dans le corps peut être perturbé et surpoids. Pour les enfants, le manque de soleil est également extrêmement indésirable.

À conditions normales la vie, le rayonnement solaire maintient la santé humaine au niveau souhaité. Tous les organes et systèmes fonctionnent sans défaillance. En général, le rayonnement solaire est bon avec modération, et il faut toujours s’en souvenir.

La source la plus importante à partir de laquelle la surface et l’atmosphère de la Terre reçoivent de l’énergie thermique est le Soleil. Il envoie une quantité colossale d’énergie rayonnante dans l’espace cosmique : thermique, lumineuse, ultraviolette. Les ondes électromagnétiques émises par le Soleil se propagent à une vitesse de 300 000 km/s.

L'échauffement de la surface terrestre dépend de l'angle d'incidence des rayons solaires. Tous les rayons du soleil arrivent sur la surface de la Terre parallèlement les uns aux autres, mais comme la Terre est sphérique, les rayons du soleil tombent sur différentes parties de sa surface sous des angles différents. Lorsque le Soleil est au zénith, ses rayons tombent verticalement et la Terre se réchauffe davantage.

L’ensemble de l’énergie rayonnante envoyée par le Soleil est appelé radiation solaire, elle est généralement exprimée en calories par unité de surface et par an.

Le rayonnement solaire détermine régime de température troposphère aérienne de la Terre.

Il convient de noter que le nombre total radiation solaire plus de deux milliards de fois la quantité d’énergie reçue par la Terre.

Le rayonnement atteignant la surface de la Terre est direct et diffus.

Le rayonnement qui arrive sur Terre directement du Soleil sous forme de lumière directe du soleil sous un ciel sans nuages ​​est appelé droit. C'est lui qui transporte la plus grande quantité de chaleur et de lumière. Si notre planète n’avait pas d’atmosphère, la surface de la Terre ne recevrait que des radiations directes.

Cependant, en traversant l'atmosphère, environ un quart du rayonnement solaire est dispersé par des molécules de gaz et des impuretés et s'écarte de sa trajectoire directe. Certains d'entre eux atteignent la surface de la Terre, formant rayonnement solaire diffusé. Grâce au rayonnement diffusé, la lumière pénètre dans les endroits où la lumière directe du soleil (rayonnement direct) ne pénètre pas. Ce rayonnement crée la lumière du jour et donne de la couleur au ciel.

Rayonnement solaire total

Tous les rayons du soleil atteignant la Terre sont rayonnement solaire total, c'est-à-dire la totalité du rayonnement direct et diffus (Fig. 1).

Riz. 1. Rayonnement solaire total pour l'année

Répartition du rayonnement solaire à la surface de la Terre

Le rayonnement solaire est inégalement réparti sur la Terre. Ça dépend:

1. sur la densité et l’humidité de l’air – plus elles sont élevées, moins la surface de la Terre reçoit de rayonnement ;

2. en fonction de la latitude géographique de la zone, la quantité de rayonnement augmente des pôles vers l'équateur. La quantité de rayonnement solaire direct dépend de la longueur du trajet parcouru par les rayons du soleil à travers l'atmosphère. Lorsque le Soleil est à son zénith (l'angle d'incidence des rayons est de 90°), ses rayons frappent la Terre. le chemin le plus court et dégagent intensément leur énergie sur une petite zone. Sur Terre, cela se produit dans la bande comprise entre 23° N. w. et 23° S. sh., c'est-à-dire entre les tropiques. À mesure que l'on s'éloigne de cette zone vers le sud ou le nord, la longueur du trajet des rayons du soleil augmente, c'est-à-dire que l'angle de leur incidence sur la surface de la Terre diminue. Les rayons commencent à tomber sur la Terre sous un angle plus petit, comme s'ils glissaient, se rapprochant de la ligne tangente dans la région des pôles. En conséquence, le même flux d’énergie est réparti sur une plus grande surface, ce qui augmente la quantité d’énergie réfléchie. Ainsi, dans la région de l'équateur, où les rayons du soleil tombent sur la surface terrestre sous un angle de 90°, la quantité de rayonnement solaire direct reçu par la surface terrestre est plus élevée et, à mesure que nous nous dirigeons vers les pôles, cette quantité augmente fortement. diminue. De plus, la durée du jour dépend de la latitude de la zone. des moments différents année, qui détermine également la quantité de rayonnement solaire pénétrant à la surface de la Terre ;

3. du mouvement annuel et quotidien de la Terre - aux latitudes moyennes et élevées, l'afflux de rayonnement solaire varie considérablement selon les saisons, ce qui est associé aux changements de l'altitude du Soleil à midi et de la durée du jour ;

4. sur la nature de la surface terrestre : plus la surface est claire, plus elle réfléchit la lumière du soleil. La capacité d’une surface à réfléchir le rayonnement s’appelle albédo(du latin blancheur). La neige reflète le rayonnement particulièrement fortement (90 %), le sable plus faiblement (35 %) et la terre noire encore plus faiblement (4 %).

La surface de la Terre absorbe le rayonnement solaire (rayonnement absorbé), se réchauffe et rayonne de la chaleur dans l’atmosphère (rayonnement réfléchi). Les couches inférieures de l’atmosphère bloquent en grande partie le rayonnement terrestre. Le rayonnement absorbé par la surface de la Terre sert à chauffer le sol, l’air et l’eau.

La partie du rayonnement total qui reste après réflexion et rayonnement thermique de la surface terrestre est appelée bilan radiatif. Le bilan radiatif de la surface terrestre varie au cours de la journée et selon les saisons de l'année, mais en moyenne par an il est valeur positive partout sauf dans les déserts de glace du Groenland et de l'Antarctique. Le bilan radiatif atteint ses valeurs maximales aux basses latitudes (entre 20° N et 20° S) - au-dessus de 42*10 2 J/m 2 , à une latitude d'environ 60° dans les deux hémisphères, il diminue jusqu'à 8*10 2 - 13*10 2 J/m 2.

Les rayons du soleil cèdent jusqu'à 20 % de leur énergie à l'atmosphère, qui se répartit dans toute l'épaisseur de l'air, et donc l'échauffement de l'air qu'ils provoquent est relativement faible. Le soleil chauffe la surface de la Terre, ce qui lui permet de transférer de la chaleur air atmosphérique en raison de convection(de lat. convection- livraison), c'est-à-dire le mouvement vertical de l'air chauffé à la surface de la terre, à l'endroit duquel plus air froid. C’est ainsi que l’atmosphère reçoit l’essentiel de sa chaleur, en moyenne trois fois plus que celle provenant directement du Soleil.

Présence dans gaz carbonique et la vapeur d'eau ne permet pas à la chaleur réfléchie par la surface de la terre de s'échapper librement dans espace. Ils créent Effet de serre, grâce à quoi la différence de température sur Terre pendant la journée ne dépasse pas 15 °C. En l’absence de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, la surface de la Terre se refroidirait de 40 à 50 °C pendant la nuit.

En raison de l'ampleur croissante activité économique personnes - combustion de charbon et de pétrole dans les centrales thermiques, émissions entreprises industrielles, augmentation des émissions automobiles - la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère augmente, ce qui entraîne une augmentation Effet de serre et menace le changement climatique mondial.

Les rayons du soleil, ayant traversé l'atmosphère, frappent la surface de la Terre et la réchauffent, ce qui dégage de la chaleur dans l'atmosphère. Ceci explique caractéristique troposphère : diminution de la température de l'air avec l'altitude. Mais il y a des cas où les couches supérieures de l'atmosphère s'avèrent plus chaudes que les couches inférieures. Ce phénomène est appelé inversion de température(du latin inversio - se retourner).

RADIATION SOLAIRE

Le soleil est une source de chaleur et de lumière, apportant force et santé. Cependant, son impact n’est pas toujours positif. Trop peu ou trop d’énergie peut être frustrant processus naturels activité vitale et provoquer divers problèmes. Beaucoup de gens pensent qu'une peau bronzée est beaucoup plus belle qu'une peau pâle, mais si vous passez longtemps sous les rayons directs, vous pouvez avoir de graves brûlures. Le rayonnement solaire est un flux d’énergie entrant distribué sous forme d’ondes électromagnétiques traversant l’atmosphère. Elle se mesure par la puissance de l’énergie qu’elle transfère par unité de surface (watt/m2). En sachant comment le soleil affecte une personne, vous pouvez prévenir ses effets négatifs.

Qu'est-ce que le rayonnement solaire

De nombreux livres ont été écrits sur le Soleil et son énergie. Le soleil est la principale source d'énergie pour tous les phénomènes physiques et géographiques sur Terre. Un deux milliardième de la lumière pénètre dans les couches supérieures de l’atmosphère de la planète, tandis que la majeure partie se dépose dans l’espace cosmique.

Les rayons lumineux sont les principales sources d’autres types d’énergie. Lorsqu’ils tombent à la surface de la terre et dans l’eau, ils se transforment en chaleur et affectent les conditions climatiques et météorologiques.

Le degré d’exposition d’une personne aux rayons lumineux dépend du niveau de rayonnement ainsi que de la période passée au soleil. Les gens utilisent de nombreux types d'ondes à leur avantage, en utilisant l'irradiation aux rayons X, rayons infrarouges, ainsi que la lumière ultraviolette. Cependant, les ondes solaires forme pure en grande quantité, cela peut nuire à la santé humaine.

La quantité de rayonnement dépend :

• position du Soleil. La plus grande quantité l'exposition se produit dans les plaines et les déserts, où le solstice est assez élevé et le temps est sans nuages. Les régions polaires reçoivent une quantité minimale de lumière, car les nuages ​​absorbent une partie importante du flux lumineux ;
• durée de la journée. Plus on se rapproche de l'équateur, plus la journée est longue. C’est là que les gens reçoivent le plus de chaleur ;
• propriétés atmosphériques : nébulosité et humidité. À l’équateur, la nébulosité et l’humidité augmentent, ce qui constitue un obstacle au passage de la lumière. C'est pourquoi le flux lumineux y est moindre que dans les zones tropicales.

Distribution

La répartition de la lumière solaire sur la surface terrestre est inégale et dépend :

• densité et humidité de l'atmosphère. Plus ils sont grands, plus l’exposition aux radiations est faible ;
• latitude géographique de la zone. La quantité de lumière reçue augmente des pôles jusqu'à l'équateur;
• Mouvements de terre. La quantité de rayonnement varie en fonction de la période de l'année ;
• caractéristiques de la surface terrestre. Un grand nombre de le flux lumineux se reflète dans les surfaces lumineuses, comme la neige. Le Tchernozem reflète très mal l'énergie lumineuse.

En raison de l'étendue de son territoire, les niveaux de rayonnement de la Russie varient considérablement. L'irradiation solaire dans les régions du nord est à peu près la même - 810 kWh/m2 pendant 365 jours, dans les régions du sud - plus de 4 100 kWh/m2.

La durée des heures pendant lesquelles le soleil brille est également importante.. Ces indicateurs varient selon les régions, ce qui est influencé non seulement par la latitude géographique, mais également par la présence de montagnes. La carte du rayonnement solaire en Russie montre clairement que dans certaines régions, il n'est pas conseillé d'installer des lignes d'alimentation électrique, car la lumière naturelle est tout à fait capable de répondre aux besoins des habitants en électricité et en chauffage.

Types

Les flux lumineux atteignent la Terre de différentes manières. Les types de rayonnement solaire en dépendent :

• Les rayons émanant du soleil sont appelés rayonnement direct. Leur force dépend de la hauteur du soleil au-dessus de l'horizon. Le niveau maximum est observé à midi, le minimum le matin et le soir. De plus, l’intensité de l’impact est liée à la période de l’année : le plus important se produit en été, le plus faible en hiver. Il est caractéristique qu'en montagne, le niveau de rayonnement soit plus élevé que sur des surfaces planes. L'air sale réduit également les flux lumineux directs. Plus le soleil est bas au-dessus de l’horizon, moins il y a de rayonnement ultraviolet.
• Le rayonnement réfléchi est un rayonnement réfléchi par l'eau ou la surface de la terre.
• Le rayonnement solaire diffusé se forme lorsque le flux lumineux est diffusé. La couleur bleue du ciel par temps sans nuages ​​en dépend.

Le rayonnement solaire absorbé dépend de la réflectivité de la surface terrestre – l'albédo.

La composition spectrale du rayonnement est diversifiée :

• les rayons colorés ou visibles fournissent un éclairage et ont grande importance dans la vie végétale ;
• le rayonnement ultraviolet doit pénétrer modérément dans le corps humain, car son excès ou son déficit peut être nocif ;
• L'irradiation infrarouge donne une sensation de chaleur et affecte la croissance de la végétation.

Le rayonnement solaire total est constitué de rayons directs et dispersés pénétrant la terre. En l'absence de nuages, vers 12 heures, ainsi qu'à heure d'été année, il atteint son maximum.

Histoires de nos lecteurs

Vladimir
61 ans

Comment se produit l’impact ?

Les ondes électromagnétiques sont constituées de différentes parties. Il existe des invisibles, des infrarouges et des visibles, rayons ultraviolets. Il est caractéristique que les flux de rayonnement aient des structures énergétiques différentes et affectent les personnes différemment.

Le flux lumineux peut avoir un effet bénéfique et curatif sur la maladie corps humain . En passant par les organes visuels, la lumière régule le métabolisme, les habitudes de sommeil et affecte le bien-être général d’une personne. De plus, l’énergie lumineuse peut provoquer une sensation de chaleur. Lorsque la peau est irradiée, des réactions photochimiques se produisent dans le corps qui favorisent un bon métabolisme.

L'ultraviolet a une capacité biologique élevée, ayant une longueur d'onde de 290 à 315 nm. Ces ondes synthétisent la vitamine D dans l'organisme et sont également capables de détruire le virus de la tuberculose en quelques minutes, les staphylocoques - en un quart d'heure et les bacilles typhoïdes - en 1 heure.

Il est caractéristique que le temps sans nuages ​​réduise la durée des épidémies émergentes de grippe et d'autres maladies, par exemple la diphtérie, qui peuvent être transmises par des gouttelettes en suspension dans l'air.

Les forces naturelles du corps protègent une personne des fluctuations atmosphériques brusques : température de l'air, humidité, pression. Cependant, cette protection est parfois affaiblie, ce qui, sous l'influence d'une forte humidité associée à une température élevée, conduit à un coup de chaleur.

L'impact du rayonnement dépend de son degré de pénétration dans le corps. Plus les vagues sont longues, plus force plus forte radiation. Les ondes infrarouges peuvent pénétrer jusqu'à 23 cm sous la peau, les flux visibles jusqu'à 1 cm, les ultraviolets jusqu'à 0,5-1 mm.

Les gens reçoivent tous types de rayons pendant l’activité du soleil, lorsqu’ils se trouvent dans des espaces ouverts. Les ondes lumineuses permettent à une personne de s'adapter au monde, c'est pourquoi, pour assurer un bien-être confortable dans les locaux, il est nécessaire de créer les conditions d'un niveau d'éclairage optimal.

Impact sur les humains

L'influence du rayonnement solaire sur la santé humaine est déterminée par divers facteurs. Le lieu de résidence d'une personne, le climat, ainsi que le temps passé sous les rayons directs comptent.

Faute de soleil, les habitants du Grand Nord, ainsi que les personnes dont les activités impliquent de travailler sous terre, comme les mineurs, connaissent divers dysfonctionnements, une diminution de la solidité des os et des troubles nerveux.

Les enfants qui ne reçoivent pas suffisamment de lumière souffrent plus souvent de rachitisme que les autres. De plus, ils sont plus sensibles aux maladies dentaires et ont également une tuberculose plus longue.

Cependant, une trop grande exposition aux ondes lumineuses sans changement périodique du jour et de la nuit peut avoir des effets néfastes sur la santé. Par exemple, les habitants de l’Arctique souffrent souvent d’irritabilité, de fatigue, d’insomnie, de dépression et d’une diminution de leur capacité de travail.

Rayonnement dans Fédération Russe a moins d'activité qu'en Australie, par exemple.

Ainsi, les personnes exposées à des rayonnements à long terme :

• courent un risque élevé de développer un cancer de la peau ;
• ont une tendance accrue à sécher la peau, ce qui, à son tour, accélère le processus de vieillissement et l'apparition de pigmentation et de rides précoces ;
• peut souffrir d'une détérioration des capacités visuelles, de cataractes, de conjonctivite ;
• ont une immunité affaiblie.

Le manque de vitamine D chez l'homme est l'une des causes de néoplasmes malins, de troubles métaboliques, qui entraînent un excès de poids, des troubles endocriniens, des troubles du sommeil, un épuisement physique et une mauvaise humeur.

Une personne qui reçoit systématiquement la lumière du soleil et n'abuse pas des bains de soleil ne rencontre généralement pas de problèmes de santé :

• a un fonctionnement stable du cœur et des vaisseaux sanguins;
• ne souffre pas de maladies nerveuses;
• est de bonne humeur;
• a un métabolisme normal;
• tombe rarement malade.

Ainsi, seule une quantité dosée de rayonnement peut avoir un effet positif sur la santé humaine.

Comment se protéger

Une exposition excessive aux rayonnements peut provoquer une surchauffe du corps, des brûlures et une exacerbation de certaines maladies chroniques.. Les amateurs de bains de soleil doivent respecter les règles simples suivantes :

• Prenez le soleil dans les espaces ouverts avec prudence ;
• Par temps chaud, cachez-vous à l’ombre sous les rayons épars. Cela est particulièrement vrai pour les jeunes enfants et les personnes âgées souffrant de tuberculose et de maladies cardiaques.

Il ne faut pas oublier qu'il est nécessaire de prendre le soleil à un moment sûr de la journée et de ne pas être longue durée sous soleil brûlant. De plus, vous devez protéger votre tête des coups de chaleur en portant un chapeau, des lunettes de soleil, des vêtements fermés et également utiliser divers moyens des coups de soleil.

Le rayonnement solaire en médecine

Les flux lumineux sont activement utilisés en médecine :

• Les rayons X utilisent la capacité des ondes à traverser les tissus mous et le système squelettique ;
• l'introduction d'isotopes permet d'enregistrer leur concentration dans les organes internes, détecter de nombreuses pathologies et foyers d'inflammation ;
• La radiothérapie peut détruire la croissance et le développement de tumeurs malignes.

Les propriétés des ondes sont utilisées avec succès dans de nombreux appareils physiothérapeutiques :

• Appareils avec rayonnement infrarouge utilisé pour le traitement thermique des processus inflammatoires internes, des maladies osseuses, de l'ostéochondrose, des rhumatismes, en raison de la capacité des ondes à restaurer les structures cellulaires.
• Les rayons ultraviolets peuvent avoir un effet négatif sur les êtres vivants, inhiber la croissance des plantes et supprimer les micro-organismes et les virus.

L'importance hygiénique du rayonnement solaire est grande. Appareils avec rayonnement ultraviolet utilisé en thérapie :

• lésions cutanées diverses : plaies, brûlures ;
• infections ;
• maladies de la cavité buccale;
• néoplasmes oncologiques.

De plus, les rayonnements ont un effet positif sur le corps humain dans son ensemble : ils peuvent donner de la force, renforcer système immunitaire, compensent le manque de vitamines.

La lumière du soleil est une source importante d’une vie humaine bien remplie. Un approvisionnement suffisant en conduit à l’existence favorable de tous les êtres vivants de la planète. Une personne ne peut pas réduire le degré de rayonnement, mais elle peut se protéger de ses effets négatifs.

Le rayonnement solaire, qui comprend des longueurs d'onde électromagnétiques inférieures à 4 μm1, est communément appelé rayonnement à ondes courtes en météorologie. Dans le spectre solaire, il y a l'ultraviolet (< 400 нм), видимую (= 400…760 нм) и инфракрасную (>760 nm).

Le rayonnement solaire provenant directement du disque solaire est appelé rayonnement solaire direct S. Il est généralement caractérisé par l'intensité, c'est-à-dire la quantité d'énergie rayonnante en calories passant en 1 minute à travers 1 cm2 de surface située perpendiculairement aux rayons du soleil.

L'intensité du rayonnement solaire direct arrivant à la limite supérieure de l'atmosphère terrestre est appelée constante solaire S 0 . C'est environ 2 cal/cm2 min. A la surface de la Terre, le rayonnement solaire direct est toujours nettement inférieur à cette valeur, car, en traversant l'atmosphère, son énergie solaire est affaiblie en raison de l'absorption et de la diffusion par les molécules d'air et les particules en suspension (particules de poussière, gouttelettes, cristaux). L'atténuation du rayonnement solaire direct par l'atmosphère est caractérisée soit par le coefficient d'atténuation a, soit par le coefficient de transparence t.

Pour calculer le rayonnement solaire direct tombant sur une surface perpendiculaire, la formule de Bouguer est généralement utilisée :

où S m est le rayonnement solaire direct, cal cm-2 min-1, pour une masse donnée de l'atmosphère ; S 0 est la constante solaire p t est le coefficient de transparence pour une masse donnée de l'atmosphère ; ambiance sur la trajectoire du soleil

sa se trouve non pas selon la formule, mais selon le tableau Bemporad. De la formule (3.1), il résulte que

1 1 µm = 10-3 nm = 10-6 m Les micromètres sont également appelés microns et les nanomètres sont appelés millimicrons. 1 nm = 10-9 m.

où h est la hauteur du soleil au-dessus de l'horizon.

Le rayonnement arrivant sur la surface terrestre depuis tous les points du ciel est appelé diffus D. La somme du rayonnement solaire direct et diffus arrivant sur la surface terrestre horizontale est le rayonnement solaire total Q :

Q = S" + D.(3.4)

Le rayonnement total qui atteint la surface de la Terre, partiellement réfléchi par celle-ci, crée un rayonnement réfléchi R, dirigé de la surface de la Terre vers l'atmosphère. Le reste du rayonnement solaire total est absorbé par la surface terrestre. Le rapport entre le rayonnement réfléchi par la surface de la Terre et le rayonnement total entrant est appelé albédoA.

La valeur A R caractérise la réflectivité de la terre

nouvelle surface. Il est exprimé en fractions d'unité ou en pourcentage. La différence entre le rayonnement total et réfléchi est appelée rayonnement absorbé, ou bilan du rayonnement à ondes courtes de la surface terrestre B k :

La surface de la Terre et l'atmosphère terrestre, comme tous les corps dont la température est supérieure au zéro absolu, émettent également un rayonnement, classiquement appelé rayonnement à ondes longues. Ses longueurs d'onde sont approximativement de

4 à 100 microns.

Le rayonnement naturel de la surface terrestre, selon la loi de Stefan-Boltzmann, est proportionnel à la puissance quatre de sa température absolue.

où = 0,814 10-10 cal/cm2 min deg4 Constante de Stefan-Boltzmann ; émissivité relative de la surface active : pour la plupart des surfaces naturelles 0,95.

Le rayonnement atmosphérique est dirigé à la fois vers la Terre et vers l’espace. La partie du rayonnement atmosphérique à ondes longues dirigée vers le bas et arrivant à la surface de la Terre est appelée contre-rayonnement de l'atmosphère et est désignée par E a.

La différence entre le rayonnement naturel de la surface terrestre E z et le contre-rayonnement de l'atmosphère E a est appelée rayonnement effectif.

La valeur E eff, prise avec le signe opposé, est le bilan du rayonnement à ondes longues à la surface de la Terre.

La différence entre tous les rayonnements entrants et sortants est appelée

3.1. Instruments de mesure du bilan radiatif

Et ses composants

Les instruments actinométriques sont utilisés pour mesurer l'intensité de l'énergie radiante divers modèles. Les appareils peuvent être absolus et relatifs. Pour les instruments absolus, les lectures sont obtenues immédiatement en unités thermiques et pour les relatives - en relatives, donc pour de tels instruments, il est nécessaire de connaître les facteurs de conversion pour le passage aux unités thermiques.

Les dispositifs absolus sont assez complexes en termes de conception et de manipulation et ne sont pas largement utilisés. Ils sont principalement utilisés pour vérifier les instruments relatifs. Dans la conception de dispositifs relatifs, la méthode thermoélectrique est le plus souvent utilisée, basée sur la dépendance de l'intensité du courant thermique sur la différence de température entre les jonctions.

Les récepteurs des appareils thermoélectriques sont des thermopiles constituées de jonctions de deux métaux (Fig. 3.1). La différence de température entre les jonctions est créée en raison de la capacité d'absorption différente des jonctions ou

vanomètre 3. Dans le deuxième cas, la différence de température entre les jonctions est obtenue en ombrageant certaines (jonction 3) et en irradiant d'autres (jonction 2) avec le rayonnement solaire. Puisque la différence de température entre les jonctions est déterminée par le rayonnement solaire entrant, son intensité sera proportionnelle à l'intensité du courant thermoélectrique :

où N est la déviation de l'aiguille du galvanomètre a est le facteur de conversion, cal/cm2 min.

Ainsi, pour exprimer l'intensité du rayonnement en unités thermiques, il est nécessaire de multiplier les lectures du galvanomètre par un facteur de conversion.

Le facteur de conversion pour un couple appareil thermoélectrique-galvanomètre est déterminé par comparaison avec dispositif de contrôle ou calculé à partir des caractéristiques électriques contenues dans les certificats du galvanomètre et de l'appareil actinométrique, avec une précision de 0,0001 cal/cm2 min selon la formule

où a est le facteur de conversion ; prix de division de l'échelle du galvanomètre, mA k sensibilité du dispositif thermoélectrique, millivolt par 1 cal/cm2 min ; R b résistance de la thermopile, Ohm ; R r résistance interne du galvanomètre, Ohm ; R résistance supplémentaire du galvanomètre, Ohm ; .

Actinomètre thermoélectrique AT-50 sert à mesurer le rayonnement solaire direct.

Appareil actinomètre. Le récepteur de l'actinomètre est un disque 1 en feuille d'argent (Fig. 3.2). Du côté face au soleil, le disque est noirci, et de l'autre côté, des jonctions internes d'étoiles thermiques en manganin et constantan, constituées de 36 thermoéléments, y sont collées à travers un joint en papier isolant (seuls sept thermoéléments sont représentés sur Le diagramme). Jonctions externes 3 étoiles thermiques grâce à des pro-

Riz. 3.2. Circuit étoile thermique

la maçonnerie 5 est collée sur un disque de cuivre4. Par-

filles d'actinomètre ce dernier est placé dans un boîtier en cuivre massif sur lequel sont fixées des équerres

fils de la thermopile et fils souples 6 (Fig. 3.3).

Le corps à équerres est fermé par un carter 7, fixé par un écrou8, et relié par une vis10 à un tube de mesure9. A l'intérieur du tube se trouvent cinq diaphragmes, disposés par ordre décroissant de leur diamètre de 20 à 10 mm vers le corps. Les diaphragmes sont maintenus en place par des rondelles plates et élastiques installées entre le corps et le plus petit diaphragme. AVEC à l'intérieur les diaphragmes sont noircis.

Aux extrémités du tube se trouvent les anneaux 12 et 13 permettant d'orienter l'actinomètre vers le soleil. Il y a un trou sur l'anneau 13 et un point sur l'anneau 12. À installation correcte le faisceau lumineux traversant le trou doit atteindre précisément la pointe de l'anneau12. Le tube est fermé par un capuchon amovible 11, qui sert à déterminer la position zéro du galvanomètre et protège le récepteur de la contamination.

Le tube 9 est relié à un support 14, monté sur un plateau 16 avec un trépied de parallaxe 17. Pour régler l'axe du trépied en fonction de la latitude du lieu, utilisez une échelle 18 avec divisions, un repère 19 et une vis 20.

Installation. Tout d'abord, l'axe du trépied est réglé en fonction de la latitude du site d'observation. Pour ce faire, desserrez la vis 20 et tournez l'axe du trépied jusqu'à ce que la graduation 18, correspondant à

étant donné la latitude, avec un risque de 19 et Riz. 3.3.Thermoélectriquefixer l'axe dans cette position

actinomètre AT-50

NI. Ensuite l'actinomètre est installé sur un support horizontal de manière à ce que la flèche sur le plateau soit orientée vers le nord, et, après avoir retiré le couvercle, elle est orientée vers le soleil en desserrant la vis 23 et en tournant la poignée 22 ; le tube9 est tourné jusqu'à ce que le faisceau de lumière passant par le trou de l'anneau13 atteigne un point de l'anneau12. Ensuite, les fils de l'actinomètre, avec le couvercle 11 ouvert, sont connectés aux bornes du galvanomètre (+) et (C), en respectant la polarité. Si l'aiguille du galvanomètre s'écarte au-delà de zéro, les fils sont intervertis.

Observations. 1 minute avant le début de l'observation, vérifier l'installation du récepteur actinomètre au soleil. Ensuite, le couvercle est fermé et la position zéro N 0 est mesurée à l'aide du galvanomètre. Retirez ensuite le couvercle, vérifiez la précision de la visée vers le soleil et lisez les lectures du galvanomètre 3 fois avec un intervalle de 10-15 s (N 1, N 2, N 3) et la température sur le galvanomètre. Après observations, l'appareil est fermé avec le couvercle du boîtier.

Traitement des observations. A partir de trois relevés au galvanomètre, la valeur moyenne N c est trouvée avec une précision de 0,1 :

N avec N 1N 2N 3. 3

Pour obtenir une lecture corrigée N à la valeur moyenne N, saisissez une correction d'échelle N, une correction de température N t du certificat d'étalonnage du galvanomètre et soustrayez la position du point zéro N 0 :

N N Nt N0 .

Pour exprimer l'intensité du rayonnement solaire S en cal/cm2 min, les lectures du galvanomètre N sont multipliées par le facteur de conversion :

L'intensité du rayonnement solaire direct sur une surface horizontale est calculée à l'aide de la formule (3.3).

La hauteur du soleil au-dessus de l'horizon h et sinh peut être déterminée par l'équation

péché h = péché péché+ cos cos cos,

où est la latitude du site d'observation ; déclinaison du soleil pour un jour donné (Annexe 9) ; l'angle horaire du soleil, mesuré à partir de midi vrai. Elle est déterminée par l'heure réelle du milieu des observations : t source = 15(t source 12 heures).

Pyranomètre thermoélectrique P-3x3 utilisé pour mesurer le rayonnement solaire diffus et total.

Structure du pyranomètre (Fig. 3.4).

La partie réceptrice du pyranomètre est une batterie thermoélectrique 1, composée de 87 thermoéléments en manganin et constantan. Des bandes de manganin et de constantan de 10 mm de long sont soudées ensemble séquentiellement et disposées dans un carré de 3x3 cm de manière à ce que les soudures soient situées au milieu et dans les coins. AVEC dehors La surface de la thermopile est recouverte de suie et de magnésium. Les jonctions paires de la thermopile sont peintes couleur blanche, et bizarre

- en noir. Les jonctions sont situées de telle sorte que

les zones noires et blanches alternent

Riz. 3.4. Pyranomètre thermoélectrique P-3x3

motif en damier. Grâce à un joint en papier isolant, la thermopile est fixée aux nervures du carreau 2, vissée au corps3.

En raison de l'absorption différente du rayonnement solaire, une différence de température entre les jonctions noires et blanches est créée, donc un courant thermique se produit dans le circuit. Les fils de la thermopile sont connectés aux bornes 4, auxquelles sont connectés les fils reliant le pyranomètre au galvanomètre.

Le dessus du boîtier est fermé par un capuchon hémisphérique en verre 5 pour protéger la thermopile du vent et des précipitations. Pour protéger la thermopile et le capuchon en verre d'une éventuelle condensation de vapeur d'eau, il y a un séchoir à verre6 avec un absorbeur d'humidité chimique (sodium métallique, gel de silice, etc.) au bas du corps.

Un boîtier avec une thermopile et un capuchon en verre constitue la tête du pyranomètre, qui est vissée sur un support 7, serré dans un trépied 8 avec une vis 9. Le trépied est monté sur la base du boîtier et comporte deux vis de réglage10. Lors de la mesure du rayonnement diffusé ou total, le pyranomètre est installé horizontalement à un niveau en tournant les vis10.

Pour protéger la tête du pyranomètre de la lumière directe du soleil, un écran d'ombre est utilisé dont le diamètre est égal au diamètre du capuchon en verre. L'écran d'ombre est monté sur un tube 14, qui est relié par une vis 13 à une tige horizontale 12.

Lorsque le récepteur du pyranomètre est ombragé par un écran d'ombre, le rayonnement diffusé est mesuré, et sans ombre, le rayonnement total est mesuré.

Pour déterminer la position zéro de l'aiguille du galvanomètre, ainsi que pour protéger le capuchon en verre des dommages, la tête du pyranomètre est recouverte d'un couvercle métallique 16.

Installation. L'appareil est installé dans une zone ouverte. Avant observation, vérifier la présence de déshydratant dans le séchoir à verre (1/3 du séchoir doit être rempli de déshydratant). Ensuite, le tube 14 avec l'écran d'ombre 15 est fixé à la tige 12 à l'aide d'une vis 13.

Le pyranomètre est toujours tourné vers le soleil du même côté, marqué d'un chiffre sur la tête. Pour tourner la tête du pyranomètre numérotée vers le soleil, la vis 9 est légèrement desserrée et bloquée dans cette position.

L'horizontalité de la thermopile est vérifiée au niveau 11 et, si elle n'est pas correcte, elle est ajustée à l'aide des vis de réglage 10.

Le galvanomètre pour mesurer la force du thermocourant est installé sur le côté nord du pyranomètre à une distance telle que l'observateur, lors des lectures, ne protège pas le pyranomètre non seulement de la lumière directe du soleil.

rayons, mais aussi de certaines parties du ciel. La connexion correcte du pyranomètre au galvanomètre est vérifiée avec le couvercle du pyranomètre retiré et le verrou du galvanomètre libéré. Lorsque l'aiguille s'écarte au-delà de zéro sur l'échelle, les fils sont intervertis.

Observations. Immédiatement avant l'observation, vérifier que l'appareil est correctement installé au niveau et par rapport au soleil. Pour mesurer la position zéro du galvanomètre, la tête du pyranomètre est fermée par un couvercle 16 et les lectures du galvanomètre N 0 sont enregistrées. Après cela, le couvercle du pyranomètre est retiré et une série de lectures est effectuée à intervalles de 10 à 15 s.

Tout d'abord, les lectures du galvanomètre sont effectuées avec le pyranomètre ombré pour déterminer le rayonnement diffusé N 1, N 2, N 3, puis en position non ombrée (l'écran d'ombre est abaissé en desserrant la vis 13) pour déterminer le rayonnement total N 4, N 5, N 6. Après observations, le tube avec l'écran fantôme est dévissé et le pyranomètre est fermé avec le couvercle du boîtier.

Traitement des observations. A partir d'une série de relevés sur un galvanomètre pour chaque type de rayonnement, les valeurs moyennes N D et N Q sont déterminées :

Les valeurs corrigées de N D et N Q sont alors obtenues. A cet effet, les corrections d'échelle N D et N Q sont déterminées à partir des valeurs moyennes du certificat d'étalonnage du galvanomètre et la lecture de balle du galvanomètre est soustraite :

ND ND N N0 , NQ NQ N N0 .

Pour déterminer l'intensité du rayonnement diffusé D en cal/cm2 min, il est nécessaire de multiplier les lectures du galvanomètre N D par le facteur de conversion :

Pour déterminer le rayonnement total Q en cal/cm2 min, un facteur de correction pour la hauteur du soleil F h est également introduit. Ce facteur de correction est indiqué dans le certificat de vérification sous forme de graphique : la hauteur du soleil au-dessus de l'horizon est portée sur l'axe des abscisses, et le facteur de correction est porté sur l'axe des ordonnées.

Compte tenu du facteur de correction pour la hauteur du soleil, le rayonnement total est déterminé par la formule

Q = une (NQ ND )Fh + ND .

Lors de l'observation avec un pyranomètre, l'intensité du rayonnement direct sur une surface horizontale peut être calculée comme la différence entre le rayonnement total et diffusé :

L'albédomètre thermoélectrique de voyage AP-3x3 est destiné à

idéal pour mesurer le rayonnement total, diffusé et réfléchi dans des conditions de terrain. En pratique, il est principalement utilisé pour mesurer l'albédo de la surface active.

Appareil albédomètre. Le récepteur de l'albédomètre (Fig. 3.5) est la tête du pyranomètre1, vissée sur un manchon2 sur un tube3 muni d'un cardan4 et d'une poignée5. En tournant la poignée de 180°, le récepteur peut être orienté vers le haut pour mesurer le rayonnement à ondes courtes entrant et vers le bas pour mesurer le rayonnement à ondes courtes réfléchi. Pour garantir que le tube soit en position verticale, un poids spécial glisse à l'intérieur sur une tige, qui descend toujours lorsque l'appareil est tourné. Pour amortir les chocs lors de la rotation de l'appareil, des joints en caoutchouc sont placés aux extrémités du tube6.

Une fois démonté, l'appareil est monté sur la base d'un boîtier métallique.

(C) avec le récepteur ouvert et le parafoudre du galvanomètre libéré. Si l'aiguille du galvanomètre dépasse zéro, les fils sont intervertis.

Lors d'observations dans une zone permanente, le récepteur albédomètre est installé à une hauteur de 1 à 1,5 m au-dessus de la surface active et dans les champs agricoles - à une distance de 0,5 m du niveau supérieur du couvert végétal. Lors de la mesure du rayonnement total et diffusé, la tête de l'albédomètre est tournée avec son numéro vers le soleil.

Observations. 3 minutes avant le début des observations, marquez le point zéro. Pour ce faire, la tête de l'albédomètre est fermée par un couvercle et les lectures du galvanomètre N 0 sont prises. Ouvrez ensuite le couvercle et effectuez trois lectures sur le galvanomètre avec le récepteur de l'albédomètre positionné vers le haut pour mesurer le rayonnement total entrant : N 1, N 2, N 3. Après la troisième lecture, le récepteur est éteint et après 1 minute, trois lectures sont effectuées pour mesurer le rayonnement réfléchi : N 4, N 5, N 6. Ensuite, le récepteur est rallumé et après 1 minute, trois autres lectures sont effectuées pour mesurer le rayonnement total entrant : N 7, N 8, N 9. Après avoir effectué une série de lectures, le récepteur est fermé par un couvercle.

Traitement des observations. Tout d'abord, calculez les lectures moyennes du galvanomètre pour chaque type de rayonnement N Q et N Rk :

N Q N 1N 2N 3N 7N 8N 9, 6

N Rk N 4N 5N 6. 3

Ensuite, une correction d'échelle du certificat d'étalonnage N Q et N Rk est introduite dans les valeurs moyennes, le point zéro N 0 est soustrait et les valeurs corrigées N Q et N Rk sont déterminées :

N QN QN N 0 , N RkN RkN N 0 .

Étant donné que l'albédo est exprimé comme le rapport entre le rayonnement réfléchi et le rayonnement total, le facteur de conversion est réduit et l'albédo est calculé comme le rapport des lectures corrigées du galvanomètre lors de la mesure du rayonnement réfléchi et total (en pourcentage) :

L'albédomètre est l'appareil le plus polyvalent. S'il existe un facteur de conversion, il peut être utilisé pour déterminer le rayonnement total, diffusé, réfléchi, et calculer le rayonnement direct sur une surface horizontale. Lors de l'observation d'un rayonnement diffusé, il est nécessaire d'utiliser un écran d'ombre pour protéger le récepteur des rayons directs du soleil.

Balance thermoélectrique M-10 utilisé pour mesurer

tion du bilan radiatif de la surface sous-jacente, ou rayonnement résiduel, qui est la somme algébrique de tous les types de rayonnement reçus et perdus par cette surface. La partie entrante du rayonnement est constituée d'un rayonnement direct sur la surface horizontale S", d'un rayonnement diffusé D et d'un rayonnement atmosphérique E a. La partie sortante du bilan radiatif, ou rayonnement sortant, est réfléchie par le rayonnement à ondes courtes R K et le rayonnement à ondes longues de la terre E 3.

Le fonctionnement du balancemètre est basé sur la conversion des flux de rayonnement en force thermoélectromotrice à l'aide d'une thermopile.

La force électromotrice apparaissant dans la thermopile est proportionnelle à la différence de température entre les récepteurs supérieur et inférieur de la balance-mètre. Puisque la température des récepteurs dépend du rayonnement entrant et sortant, la force électromotrice sera proportionnelle à la différence des flux de rayonnement arrivant du dessus et du dessous des récepteurs.

Le bilan radiatif B, lorsqu'il est mesuré avec un balancemètre, est exprimé par l'équation

N lecture du galvanomètre ; k facteur de correction prenant en compte l'influence de la vitesse du vent (tableau 3.1).

Tableau 3.1

Facteur de correction k (exemple)

Les lectures du balancier, multipliées par le facteur de correction correspondant à la vitesse du vent donnée, sont ramenées aux lectures du balancier par temps calme.

Appareil de mesure de la balance(Fig. 3.6). Le récepteur de la balance-mètre est constitué de deux fines plaques de cuivre noircies 1 et 2, en forme de carré de 48 mm de côté. A l'intérieur, 3 et 4 thermopiles y sont collées grâce à des joints en papier. Les jonctions sont réalisées par des tours de ruban constantan enroulé sur un bloc de cuivre5. Chaque tour du ruban est à moitié argenté. Le début et la fin de la couche d’argent servent de thermojoints. Les jonctions paires sont collées en haut, et les jonctions impaires sont collées en haut.

à la plaque inférieure. L'ensemble de la thermopile se compose de dix barres, chacune comportant 32 à 33 tours enroulés. Le récepteur de la balance-mètre est placé dans un boîtier6 en forme de disque d'un diamètre de 96 mm et d'une épaisseur de 4 mm. Le corps est relié à une poignée7 à travers laquelle passent les fils8 de la thermopile. Balance mètre utilisant des rotules

Installation. L'appareil est fixé avec une prise à l'extrémité lattes en boisà une hauteur de 1,5 m du sol. Le récepteur est toujours installé horizontalement avec le même côté récepteur vers le haut, marqué sur l'appareil avec le numéro 1. Les fils de la thermopile sont connectés au galvanomètre.

Dans la plupart des cas, le compteur est protégé par un écran contre le rayonnement solaire direct. Par conséquent, un actinomètre est installé sur le même rail que le balancemètre pour mesurer le rayonnement solaire direct. Pour prendre en compte l'influence de la vitesse du vent, un anémomètre est installé au niveau du balancier et à faible distance de celui-ci.

Observations. 3 minutes avant le début de l'observation, le point zéro du compteur-balance N 0 est déterminé. Cela se fait en circuit ouvert. Après cela, le balancier est connecté au galvanomètre de sorte que l'aiguille du galvanomètre dévie vers la droite, et trois lectures sont effectuées sur le balancier N 1, N 2, N 3 et simultanément trois lectures sur l'anémomètre 1, 2, 3 . Si le compteur d'équilibre est installé avec un écran d'ombre, alors après les première et deuxième lectures sur le compteur d'équilibre, deux lectures sont effectuées sur l'actinomètre.